未来家园: 海底石油藏在哪里?

  几千万年甚至上亿年前,有一段时期,气候比现在还要暖和,海洋中生活的鱼类,以及浮游生物、软体动物等繁殖生长得特别快。据计算,全世界海洋100米厚的水面,仅浮游生物的遗体,一年内便可产生600亿吨有机碳。这些有机碳,就是生成石油的原料。但仅仅有那些遗体作原料还不能形成石油。形成石油还得有三个条件:第一要有储集石油的地形;第二要有保护石油不跑掉的盖层;第三要有有利于石油富集的地质结构。

石油图片 1   石油是一种液态的,以碳氢化合物为主要成分的矿产品。原油是从地下采出的石油,或称天然石油。人造石油是从煤或油页岩中提炼出的液态碳氢化合物。组成原油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧。

勘查地球物理在矿床地质、石油地质、煤炭地质、环境地质、水文地质、工程地质、构造地质、岩石地质、非金属地质、考古及军事等领域有着广泛的应用。几乎每一个油气田、煤田的发现都离不开它,最近几十年世界上大的隐伏矿床的发现与勘探,勘查地球物理也都起到了举足轻重的作用。日前,我国地球物理学家、中国科学院院士刘光鼎,向记者讲述了60年来我国地球物理学科不平凡的发展历程。
新中国成立前后,“三剑客”开创了我国地球物理事业
刘光鼎告诉记者,三位元老级先生开拓了我国地球物理事业,他们分别是从事金属矿产勘探的顾功叙、因地震波理论闻名遐迩的傅承义和石油勘探专家翁文波。刘光鼎称他们是中国地球物理界的“三剑客”。
顾功叙,1934年留学于美国科罗拉多州矿业学院,学习地球物理勘探专业,1936年获硕士学位。同年,赴加利福尼亚州理工学院从事科研工作。抗日战争爆发不久,毅然中断在美国的研究,返回祖国,为开创我国的地球物理勘探事业和推进我国地震预报研究作出了突出贡献。
傅承义,一生潜心于地球物理学,特别是有关地震波理论、地震成因及地震预报的研究,早期系统地研究了地震波反射与折射、地震面波和盲波的传播等问题,成为国际地震波理论研究的先驱者。1953年,他在北京地质学院创建了中国第一个地球物理教研室。
翁文波,1939年获英国伦敦帝国大学哲学博士学位。他建立了一套适用于我国石油地球物理勘探的理论和方法,并亲自指导了石油勘探工作,创建了我国第一个重力勘探队,开创了我国磁法、电法勘探、使用测井技术勘探石油天然气的先河。在我国第一个开办了地球物理课程,培养了中国第一代地球物理人才。
从此,中国开始有了自己的地球物理事业。刘光鼎有幸接受了“三剑客”中两位“剑客”的亲自指导。
1948年,刘光鼎进入北京大学物理系学习。1951年,他被任命为队长,带领10个同学去陕北延长实习,实习的地震队是我国第一支地震队,其组建者正是“三剑客”之一的翁文波。这个地震队的任务主要是找石油。在这位“剑客”身边,刘光鼎受益多多,从测量到钻探,由重力而地震,刘光鼎一下子走出了“象牙塔”,对地震勘探技术有了从理论到实践的完整认识。
1952年,成立了北京地质学院和长春地质学院。北京地质学院邀请傅承义当教研室主任,刘光鼎担任主任助理。当时,教师们连教材都没有。通常是晚上傅承义亲自讲课,第二天老师就上讲台,给学生讲授刚学习来的内容。当时的地球物理课程有磁法、重力、电法、地震,刘光鼎承担地震部分的讲课。长春地质学院的老师,被派到北京学习,然后回去讲课。我国第一批地球物理勘探专业的年轻教师和本专科学生培养起来。
接受两位地球物理学界大师的耳提面命,刘光鼎受益匪浅,直至今天,仍难以忘怀。
在中国油气勘探、固体矿产找矿和地震预测预报等领域,地球物理学科建立了不朽的功勋
新中国成立后,地球物理的“三剑客”不但创立了我国的地球物理勘探、地震波理论,而且积极参加我国石油天然气的勘探实践,为我国大庆油田的发现以及石油工业的人才培养等作出了突出贡献。
从20世纪50年代中期至60年代中期,顾功叙亲自领导和指导了地质部系统在全国范围内石油的地质调查和钻探工作,进行了大规模的地球物理勘探普查。20世纪50年代末,他和翁文波一同参加并指导了大庆油田的会战,亲自并指导大庆地区的地球物理勘探部署,为大庆油田的发现作出了巨大贡献。
刘光鼎说,地球物理学科在中国油气第一次创业史上建立了不朽功勋。1959年发现大庆油田,1963年发现了胜利油田,1965年发现辽河油田……20世纪80年代以来,中国的原油年产量已经达到了年产1.67亿吨,居世界第五位。应该说,中国油气的几次大突破,地球物理学科发挥了最基础的作用。
同时,地球物理学科还在金属矿找矿和地震预测等方面发挥了巨大的作用。
20世纪50年代中期至60年代中期,顾功叙还亲自领导和指导了地质部系统在全国范围内进行的金属、煤田的地质调查和钻探工作,同时进行了大规模的地球物理勘探普查,从而发现了不少国家急需的矿产,其中包括鞍山、包头、大冶等地黑色金属矿山以及白银厂、铜官山等有色金属矿山的发现。
1966年,河北邢台发生地震后,傅承义、顾功叙和翁文波又义不容辞地走上用地球物理来抗击地震灾害的前线,分别致力于地震的预测、预报研究。傅承义提出地震发生的“红肿成因理论”。顾功叙发展的“以震报震、以磁报震”等监测预报地震的方法,使中国的地震预测预报和科研水平跻身世界前列。翁文波则致力于天然地震的预测研究,后来又将其扩展到洪涝、干旱等灾害远期预测,在预测理论和实践上取得了重大突破。
60年来,我国的地球物理学科取得长足进步
刘光鼎介绍,我国勘查地球物理方法技术的快速发展是在20世纪50~80年代,不仅研究开发和引进了很多物探方法技术,还研制了系列方法技术和仪器设备,有很多方法在国际上具有一定地位。
目前,我国的航空磁场测量技术几乎与世界同步,在数据处理和解释方面,重磁数据处理与反演解释方法方面达到世界先进水平。在航空物探技术、深部找矿技术、深部地球物理探测技术、环境物探技术、工程物探技术、海洋地球物理探测技术等方面形成了从空中到地面,从地表到深部、从一维到三维、从定性到定量的地球物理的理论和勘查技术体系。
例如,集成了一套实用的航空重力勘查系统,获得了高精度的实测航空重力测量资料;研制了用于吊舱式时间域航空电磁探测发射的地面实验电源系统和发射系统;研制了新一代航空氦光泵磁力仪,其灵敏度达到0.0025nT,居同类仪器国际先进水平;研制、开发和引进了新一代航空物探/航空遥感测量系统和多种解释处理软件系统,大大提高了国土资源调查中航空物探与遥感数据采集和处理解释水平;针对西部中高山地区,研制了轻便快速电法,包括阵列MT、瞬变电磁法、激电中梯、自然电场法、磁法等;研制成功大深度多功能电法仪、三分量高温超导磁强计、高精度重力仪、井中X射线测量系统;研制了DSP-1型32道自然电位阵列数据采集系统和RCW-1型快速浅层测温系统;我国技术人员研究开发出的瞬态多道面波勘探技术是我国自主创新的物探新技术。这些物探技术在我国地学研究和地质找矿上发挥了重要作用。
在海洋地质和深水油气,地球物理勘探技术领域,我国先后研制和生产了重力仪、结构核子旋进式磁力仪、质子磁力梯度仪及多种底质取样设备,在国际海洋地质调查和地球物理勘探中发挥了重要作用,尤其是海洋石油地球物理勘探技术和资源综合评价方面已基本达到国际先进水平,并在地震勘探作业方面具备了国际市场的竞争能力。长排列大容量震源采集技术、复杂构造与中深层地震处理技术、无井约束储层物性预测技术,叠前反演建立虚拟井核心技术的研究成为国家“863计划”项目,并取得重要进展。
在工程物探技术领域,相继开发出一批集硬件软件功能于一体的多功能仪器和专用仪器,工程物理探测仪器正在形成自己的探测仪器体系。国产仪器中除了多功能电磁法仪器、高性能地震仪和高精度重力仪外,声波检测仪、管线探测仪和声波反射法基桩完整性检测仪均可与国外仪器媲美,而多波工程勘查与工程检测仪已在功能和技术综合指标方面居世界前列。
地球物理学科的进步带来中国油气的二次创业,8年来的找油成果超越前50年的总和
刘光鼎说,油气领域一次创业后,在我国东部地区的构造上都打了钻,该发现的第三纪油气田大都已经发现了。中国的油气勘探何去何从?
据他介绍,近半个世纪以来,中国油气勘探在陆相生油理论指导下,除了大庆是白垩纪储层之外,全部局限在新老第三纪地层里头,那么是不是应该向前新生代,即向中生代、古生代,甚至元古代地层来寻找石油呢?带着这些问题,刘光鼎开始了思考,提出勘探开发前新生代海相残留盆地,进行二次创业的理论。
刘光鼎从地球物理角度,对中国大地构造的格架进行了最简洁的表达,就是三横、两竖、两个三角。他认为,在三横、两竖、两个三角的结合带,都是金属矿床所在的地方。在三横、两竖、两个三角的中间儿,都是新生代沉积盆地所在的地方,也就是中国第一次创业集中工作的地方。而第二次创业,要在三横、两竖、两个三角中间的新生代沉积盆地的下面来找,就是要在前新生代,在中生代、古生代,甚至元古代地层里来找石油和天然气。
刘光鼎告诉记者,他在地矿部石油地质海洋地质局工作时,“六五”、“七五”期间制定的南方碳酸盐岩项目,就是想在海相地层里找油,都没有获得突破。后来,两件事情给了他启迪和希望,并促使他提出前新生代海相残留盆地的新理论。
一件事情是他在上海主持东海油气调查,在海上2800米处的花岗片麻岩里,发现了有1桶的原油。花岗片麻岩里能够生油,这是过去地质学家、地球物理学家都不敢想像的问题。这个地层是元古代地层,就是古老的前寒武纪,那个时候怎么会有油呢?
另一件事情是,贵州麻江有个古生代的古油藏,原有10亿吨的储量。现在,古油藏抬升暴露到地表,受到剥蚀和破坏,所有油气都挥发了,这是很遗憾的事情。但是,中国有960万平方公里的陆地,近300万平方公里的海域,所有的古生代油气藏不会都被破坏掉,前新生代一定会有海相残留盆地。他称这是他10年找油的一点收获。当然,他认为,10年来,对上、中、下扬子海相地层的集中勘探也没有获得找油突破,还有一个重要原因就是地球物理的仪器设备跟方法准备不足。
据他介绍,陆相生油理论找油,地球物理方法主要靠地震,反射地震的前提条件都是水平层状介质。但是海相地层是个复杂地质体,要考虑挤压环境,前提条件改变了,因此地球物理方法就需要创新。我们采用的是叠前深度偏移技术,这种技术迄今在世界上都是高难度的。
例如,以往,勘探队员找油的时候碰到火山岩就回头,因为油气让火山都给烤干了。但若是火山活动在前,运移活动在后呢?这种情形下火山活动给油气提供一个很好的储藏空间。带着这一想法,勘探队伍在松辽盆地徐家围子的火山岩里找到油气,在海拉尔盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地的火山岩里都相继找到油气。火山岩找油突破的关键地球物理技术就是在航空磁测的基础上进行反射地震的叠前深度偏移。
2001年前新生代海相残留盆地项目得到国家支持,至2009年,二次创业仅用8年时间,就取得超过前50年成果的总和。刘光鼎说,取得这些辉煌成绩,都得益于地球物理理论和技术方法的进步和突破。
展望未来,地球物理学科任重道远
然而,让刘光鼎感到痛心的是,如今,地球物理学科被边缘化。据他介绍,20世纪90年代的学科改革中,很多大学的地球物理学系都被取消、合并或削弱了。尽管合并交融对学科的发展很有好处,但一些研究内容却被放弃,地球物理学也被降到二级学科。而我国地球物理勘查技术在许多方面,与世界先进发达国家还有很大的差距。
刘光鼎认为,我国经济发展的很多基础工作都需要地球物理学的支撑。比如,目前,准噶尔盆地已经打钻到7200米深度,在塔里木地区,甚至已经开发到8400米深度。打钻是一项高成本的作业,那么深的地下,根据什么打钻?当然需要靠地球物理资料。
而且,地球物理不仅可以在油气资源领域获得很大成功,在金属矿找矿也同样可以发挥重要的作用。目前,危机矿山有几百个,攻深找盲,寻找大矿、富矿,以及隐伏金属矿床的突破,地球物理的方法和理论都是至关重要的。如今,我们总是拿不出像样的金属矿,归根结底是不重视地球物理的使用。在南非,金矿开采已深达3000米,而我们仅能探测到几百米,刘光鼎表示,改变这种局面,就是要将应用地球物理方法攻深探盲应作为金属矿找矿的指导原则。
刘光鼎介绍说,地球物理不仅仅为资源勘探服务,为环境监测服务,还可以为灾害防御服务,如三峡工程、西气东输、南水北调、西部大开发、振兴东北老工业基地,还有黄河小浪底水利枢纽工程以及堤坝的管涌、桥梁的基础等等,无不需要地球物理学提供科学依据,监测并保证工程质量。
刘光鼎表示,高科技战争也要依赖地球物理学。地球物理学可以给视距外航母和水下潜艇定位,发射导弹要掌握空间重力异常情况,潜艇航行需要了解海底地形,在这些涉及到国家安全的问题上也需要我们发展地球物理学去缩短与先进国家的差距。
60年来,地球物理学为我国的创业建立了不朽的功勋。刘光鼎呼吁,我们不但不应该削弱地球物理学,还应该有更大的视野和气魄推动地球物理学的发展,希望国家重视发展地球物理学,把它摆到应有的位置上。

  那些生物遗体重重叠叠堆积在海底,若干年后便被海中沉积物所掩埋。如果这个地区不断下沉,堆叠的沉积物和掩埋的生命遗体便越来越厚。以后,由于地壳运动,堆积物下沉,上面反被岩层盖起来。天长日久,那些生物遗体逐渐分解变成分散的石油。一般说来,藏有石油的地方,上有页岩,是严密的保护盖,不让石油跑掉。分散的石油,没有开采价值。只有富集在一起的石油,成了油“仓库”,即具有“储油构造”的地方,才有开采价值,才能开机打井,让深埋海底的石油喷射出来。

**石油成因的学说**
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  汪洋大海,茫茫一片,到哪里去寻找石油?上有几百米几千米的水层,下有几百米上千米岩层,怎么会知道哪里藏有石油?

  主要有无机成因和有机成因学说。多数学者认为石油主要是有机成因的。

  科学技术工作者先要对海区进行广泛的地质调查,把可能藏石油的沉积盆地圈出来。这跟公安人员侦破案件一样,先把可能作案的对象圈出来。一般说来,那些沉降幅度大,沉积地层厚的盆地,往往是形成石油最有利的地区。正式勘探,就到那圈定的地方去。勘探的方法最常用的有三种:第一,地震勘探。地震勘探的方法是这样的,在海水中,用炸药或电火花瞬时释放大量的热能,产生人工地震波,当地震波传到海底,遇到不同的物质,就会产生不同的反射波,经电子计算机自动处理,就能绘出各种复杂的地质构造图,作出有无石油的判断。

**生油岩**
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  第二,重力勘探。重力是地球对物体的吸引力和地球自转离心力的合力。在不同的地方,重力自然不相同。重力仪就像一杆秤,能测出极微小的重力变化。把重力仪安装在船上,船行到哪里,就能得到哪里海底沉积岩的性质、厚度、深浅的情况,找到石油埋藏的地方。

  按照有机成因学说,大量的微体生物遗骸与泥砂或碳酸质沉淀物埋藏在地下,经过长时期的物理化学作用,形成富含有机质的岩石,其中的生物遗骸转化为石油。这种岩石称为生油岩。

  第三,磁力勘探。不同的物质磁性各不相同,含铁多的物质磁性强,含铁少的物质磁性弱。海底沉积物下面的基底是由铁镍多的物质组成,通过磁力测量,就能确定基底的位置、沉积的厚度和海底的地质构造,从而分析有无石油可供开采。

**储集层**
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  这三种方法,各有所长,各有所短,因此大多同时采用,综合分析,以得出较为可靠的数据,但一般以地震探测为主。通过上述方法,还只能间接地确定海底石油埋在哪里,究竟储量有多大,是否有开采价值,还要通过钻探这种直接的方法,才能最后证实。

  
是指能够储存和渗滤油气的岩层,它必须具有储存空间(孔隙性)和储存空间一定的连通性(渗透性)。储集层中可以阻止油气向前继续运移,并在其中贮存聚集起来的一种场所,称为圈闭或储油气圈闭。

**油气藏**
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   圈闭内储集了相当多的油气,就称为油气藏。

**油气田**
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  在地质意义上,油气田是一定(连续)的产油面积内各油气藏的总称。该产油面积是受单一的或多种的地质因素控制的地质单位。

**油气聚集带**
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  油气聚集带是油气聚集条件相似的、位置邻近的一系列油气藏或油气田的总和。它具有明确的地质边界区,形成年产原油430万吨和天然气3.8亿立方米生产能力。

**含油气盆地**
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  在地质历史上某一时期的沉降区,接受同一时期的沉积物,有统一边界,其中可形成并储集油气的地质单元,称做含油气盆地。

**生油门限**
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  生油岩在地质历史中随着埋藏在地下的深度加大,受到的压力和温度增加,其中的有机质逐步转变成油或气。当生油岩的埋藏到达大量生成石油的深度(也是与深度相应温度)时,叫进入生油门限。

**油气地质储量及其分级**
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  油气地质储量就是油气在地下油藏或油田中的蕴藏量,油以重量(吨
)为计量单位,气以体积(立方米)为计量单位。地质储量按控制程度及精确性由低到高分为预测储量、控制储量和探明储量三级。地处豫西南的南阳盆地,矿区横跨南阳、驻马店、平顶山三地市,分布在新野、唐河等8县境内。已累计找到14个油田,探明石油地质储量1.7亿吨及含油面积117.9平方公里。1995年年产原油192万吨。

**油(气)按储量可分**
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  按最终可采储量值可分成4种:特大油(气)田:石油最终可采储量大于7亿吨(50亿桶)的油田。天然气可按1137米3气=1吨原油折算。大型油(气)田:石油最终可采储量0.7~7亿吨(5~50亿桶)的油(气)田。中型油(气)田:石油最终可采储量710~7100万吨(0.5~5亿桶)的油(气)田。小型油(气)田:石油最终可采储量小于710万吨(5000万桶)的油(气)田。

按圈闭类型划分油气藏
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  有构造油气藏、地层油气藏和岩性油气藏三大类。后两类比较难于发现,勘探难度大,称为隐蔽圈闭油气藏。

**岩石分类**
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  岩石分沉积岩、火成岩及变质岩三大类。多数油、气储存于沉积岩中,火成岩及变质岩中也可以储存油、气。常见的沉积岩有砂岩、砾岩、泥岩、页岩、石灰岩及白云岩等。

**地层及其单位**
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  岩石(特别是沉积岩)常常是由老到新呈现为层状排列的,因而把这些排列在一起的岩石统称为地层。地层的单位有大有小,因其成因和时代及工作需要可把排列在一起的岩石划分为不同的地层单位和系统。

地层时代划分
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  地层形成的年代有老有新,通常把地层的时代由老至新划分为太古代、元古代、古生代、中生代、新生代等,与“代”相对应的地层单位则称为“界”,如太古界、……新生界等。“代”可以细分为“纪”,如中生代分为三叠纪、侏罗纪、白垩纪,新生代分为第三纪、第四纪等,与“纪”相对应的地层单位称为“系”,如侏罗系、第三系等。“纪”和“系”还可以再详细划分,如油、气勘探开发工作中常用到的“×××组”和“×××层”,就是更小的地层单位。

**三维地震勘探**
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  由于地震勘探的测线只提供了二维的信息,要了解一定面积内的地下情况需要把各条测线的地震剖面进行对比,找出相关的信息推断测线之间的地下情况,才能形成整体概念,这就可能产生相当大的人为误差。三维地震是在一定的面积上采用地下地震信息的方法,它可从三维空间(立体的)了解地下地质构造情况。这种方法可以提供剖面的、平面的,立体的地下地质图构造图象,大大地提高了地震勘探的精确度,对地下地质构造复杂多变的地区特别有效。

**高凝油**
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  通常把凝固点在40℃以上,含蜡量高的原油叫高凝油。辽宁省的沈阳油田是我国最大的高凝油田,其原油的最高凝固点达67℃。

**稠油图片 18**

  稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。通常把地面密度大于0.943、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油。因为稠油的密度大,也叫做重油。我国第一个年产上百万吨的稠油油田是辽宁省高升油田。

**天然气**图片 19

  地下采出的可燃气体称做天然气。它是石蜡族低分子饱和烃气体和少量非烃气体的混合物。天然气按成因一般分为三类:与石油共生的叫油型气(石油伴生气);与煤共生的叫煤成气(煤型气);有机质被细菌分解发酵生成的叫沼气。天然气主要成分是甲烷。

干气和湿气图片 20

  油田的伴生天然气,经过脱水、净化和轻烃回收工艺,提取出液化气和轻质油以后,主要成分是甲烷的处理天然气叫干气。一般来说,天然气中甲烷含量在90%以上的叫干气。甲烷含量低于90%,而乙烷、丙烷等烷烃的含量在10%以上的叫湿气。

天然气与液化石油气区别图片 21

  天然气是指蕴藏在地层内的可燃性气体,主要是低分子烷烃的混合物,可分为干气天然气和湿天然气两种。干气成分主要是甲烷,湿天然气除含大量甲烷外,还含有较多的乙烷、丙烷和丁烷等。液化石油气是指在炼油厂生产,特别是催化裂化、热裂化、焦化时所产生的气体,经压缩、分离而得到的混合烃,主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。

沉积相**图片 22**